研究整合 24 个脊椎动物物种单细胞图谱,揭示视网膜无长突细胞多样性的深层进化根源
The extreme diversity of retinal amacrine cells has deep evolutionary roots.
研究者整合 24 个脊椎动物物种的单细胞与单核转录组图谱,鉴定出 42 种正交无长突细胞(AC)类型,多数在羊膜动物乃至脊椎动物间呈一一对应关系,分子核心特征保守但丰度与表达存在物种差异。
在视网膜五类神经元中,无长突细胞(AC)素以异质性著称,它们以复杂的抑制性调控赋予神经节细胞对特定视觉特征的选择性 [1]。早在1998年,对兔视网膜的定量形态学抽样便估计AC不少于22种,且没有任何一种占比超过5% [4];小鼠的单细胞转录组又鉴定出63个分子类型,约占视网膜神经元多样性的一半 [3]。但类型层面的跨物种对齐始终滞后:17个物种的整合图谱显示各大细胞类别高度保守,类别之内的类型变异却自外层向内层视网膜递增 [2],七鳃鳗研究更提示AC的多样化路线在演化上别具一格 [5]。加之小鼠AC类型经多模态刻画者不足两成、可跨物种追溯者更少,AC类型的起源与分化长期悬而未决。
新研究把多物种单细胞/单核转录组图谱扩充整合到24种脊椎动物,共获得375,881个高质量AC,并以6,305个一对一直系同源基因整合17种羊膜动物的数据,得到42个“直系类型”(oAC)——对已知SAC、A2、VG3类型的恢复精度达98%、召回率96%。42个oAC清晰二分为10个甘氨酸能与32个GABA能类型;小鼠所谓的“非GABA非甘氨酸”类型,实为递质基因表达量随物种起伏,分别归入GABA能oAC36与甘氨酸能oAC8。星爆、VG3等经典类型由此获得演化定位,A17拆分为共享标记而各具特色的oAC13/14,还新分出三种nNOS类型。转录组估计的细胞频率与既往组织学计数相关达R=0.94,约80%(32/42)的oAC能在逾80%(12/15)的哺乳动物中可靠检出,其分子保守程度低于双极细胞、高于RGC;ON/OFF星爆亚型还可在9/15种哺乳动物乃至七鳃鳗中依基因表达区分。
更深一层,作者以70个保守转录因子构建最大简约树,揭示出一套保守的调控逻辑——甘氨酸能类型共享TCF4/ZNF804A核心,GABA能中存在LHX9+(6型)、ZFHX3/4+(20型)等分支——并发现AC多样性与RGC多样性成比例,提示突触前后伙伴协同演化。演化方案上,甘氨酸能AC先从AC/RGC杂合祖先分出,GABA能AC随后自RGC分化而来,这为若干GABA能AC的类RGC特征提供了解释。PDGFRA标记的oAC30也在小鼠、豚鼠、兔和人的视网膜中得到免疫组化验证。
局限同样清楚:胞体位移比例基于小鼠空间转录组推断,未必跨物种保守;支持较弱的oAC多为稀少且取样不足的类型,难以分辨是采样假象还是真实的演化丢失;42个oAC中能对应到功能确知类型者仍是少数,多数类型的形态与生理还有待多模态刻画。
- 1.Inhibitory Interneurons in the Retina: Types, Circuitry, and Function · Annu Rev Vis Sci 2017
- 2.Evolution of neuronal cell classes and types in the vertebrate retina · Nature 2023
- 3.Mouse Retinal Cell Atlas: Molecular Identification of over Sixty Amacrine Cell Types · J Neurosci 2020
- 4.Extreme diversity among amacrine cells: implications for function · Neuron 1998
- 5.Molecular characterization of the sea lamprey retina illuminates the evolutionary origin of retinal cell types · Nat Commun 2024
来源:顶刊论文(社媒热度) · doi.org